LTE網(wǎng)絡(luò)中語音業(yè)務(wù)承載方案分析

【摘 要】在LTE的演進(jìn)之路上，語音業(yè)務(wù)作為重要的傳統(tǒng)業(yè)務(wù)一定會有多種承載解決方案可供選擇，在各種標(biāo)準(zhǔn)競相出臺的時候，各家運(yùn)營商如何選擇適合自己的語音業(yè)務(wù)承載方案也就成為他們必須面對的選擇題。本文結(jié)合各主流承載方式的特點(diǎn)逐一分析，希望可以對讀者了解“長期演進(jìn)”過程中語音業(yè)務(wù)承載方式起到一些作用。

【關(guān)鍵詞】LTE網(wǎng)絡(luò)中的語音業(yè)務(wù)；CSFB；SR—VCC；IMS網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

1.前言

LTE是面向未來的移動通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，早在2004年底，3GPP就啟動了LTE技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化工作，并在2009年3月發(fā)布了R8版本的FDD—LTE和TDD—LTE標(biāo)準(zhǔn)，并于后續(xù)的R9版本中進(jìn)一步提出了LTE—A（LTE—advanced）的概念。LTE技術(shù)采用關(guān)鍵的正交頻分復(fù)用技術(shù)（OFDM）、“多進(jìn)多出（MIMO）”技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)扁平化的方法使得在20MHz的頻譜帶寬下能夠提供下行100Mbit/s與上行50Mbit/s的峰值速率，與3G技術(shù)相比，LTE具有高數(shù)據(jù)速率、分組傳送、降低時延、廣域覆蓋和向下兼容等優(yōu)勢。在這些技術(shù)優(yōu)勢和3GPP的大力推動下，截止2012年2月就已經(jīng)在81個國家的242個通信運(yùn)營商處于LTE商用、試商用、測試或部署階段。我國也早在2010年12月28日，工信部對電信研究院上報的《關(guān)于開展TD—LTE規(guī)模技術(shù)試驗的請示》進(jìn)行了批復(fù)（工信部科函【2010】612號），在上海、杭州、南京、廣州、深圳、廈門6個城市開展TD—LTE規(guī)模技術(shù)試驗，目前根據(jù)測試需要將測試區(qū)域分為南、北兩個大區(qū)，測試城市也增至13座，TD—LTE的測試工作正在順利進(jìn)行。

在移動通信網(wǎng)絡(luò)巨大變革的背景下，作為移動通信網(wǎng)絡(luò)重要的業(yè)務(wù)之一的語音業(yè)務(wù)該如何應(yīng)對也成為迫在眉睫需要研究的課題。

2.相關(guān)方案介紹

按照網(wǎng)絡(luò)和技術(shù)的演進(jìn)路線，語音業(yè)務(wù)在LTE網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)的方案也不是單一的，根據(jù)3GPP制定的標(biāo)準(zhǔn)包含主動回落至2G/3G網(wǎng)絡(luò)的CSFB（Circuit Switched Fallback，電路域語音回落）方式和被動回落（切換）至目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的PS域或CS域的IMS MMTel（IMS 多媒體電話）方式，其中第二種方式中目前看來更具有可操作性，也就是3GPP中也做了定義的SR—VCC（Single Radio Voice Call Continuity，雙模單待無線語音呼叫連續(xù)性）技術(shù)。

另外，在LTE網(wǎng)絡(luò)中如果可以直接通過PS域承載語音業(yè)務(wù)是不能忽視的一種方式，而且這種方式相對低廉的使用價格和友好的使用界面將會隨著LTE無線覆蓋范圍的擴(kuò)大而逐步被用戶接受，隨著Google talk、Face time或Skype等客戶端軟件以及高性能智能終端的發(fā)展，行業(yè)分析認(rèn)為在LTE網(wǎng)絡(luò)的初步成熟期（2014—2015），擁有LTE接入能力的智能終端約有10%左右的語音業(yè)務(wù)從傳統(tǒng)的電信網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)移出去，一般認(rèn)為，電信運(yùn)營商很難限制用戶采用該方式進(jìn)行語音通話。

除上述三種方式之外，還有由工業(yè)聯(lián)盟制定的VoLGA方式，該方式的主要思路是將LTE作為一個IP接入網(wǎng)，在LTE部署初期通過新增一個網(wǎng)絡(luò)實(shí)體VANC（一說GANC，相當(dāng)于2G網(wǎng)絡(luò)中的BSC或3G網(wǎng)絡(luò)中的RNC），接入CS域核心網(wǎng)實(shí)現(xiàn)語音業(yè)務(wù)的承載，這樣的設(shè)計思路就需要VANC需要支持2種工作模式：A mode和Iu mode，分別針對2G和3G網(wǎng)絡(luò)。但是由于VoLGA方式使得網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜程度增加，而且未解決語音業(yè)務(wù)在LTE網(wǎng)絡(luò)中的承載等問題，未得到主流設(shè)備商和運(yùn)營商的廣泛支持。

隨著DMDS（雙模雙待）終端的出現(xiàn)，PS域和CS域上所承載的業(yè)務(wù)可以實(shí)現(xiàn)完全分離，即數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和語音業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)同時承載在LTE和3G網(wǎng)絡(luò)的方式。這種方式主要依賴于終端支持，可以看做是兩部終端合為一部，同時工作在兩張網(wǎng)絡(luò)里而互不影響，但是考慮到終端的復(fù)雜度、耗電和生產(chǎn)成本等因素，該方案目前還未得到廣泛支持。如果這種終端得以推廣，在LTE網(wǎng)絡(luò)也相對成熟的情況下，可以為運(yùn)營商提供很好的業(yè)務(wù)捆綁銷售的機(jī)會。

3.CSFB和SR—VCC

縱觀上述5種方式，結(jié)合現(xiàn)在主流技術(shù)的演進(jìn)階段不難看出CSFB和SR—VCC將是在近期LTE發(fā)展道路上最先遇到的語音解決關(guān)鍵技術(shù)，所以在本章節(jié)將著重描述這2種方式。

（1）CSFB

CSFB技術(shù)是利用網(wǎng)絡(luò)MME與軟交換MSC服務(wù)器間的SGs接口，終端用戶（雙模單待）同時登記在MME和MSC服務(wù)器上，當(dāng)用戶在LTE無線覆蓋區(qū)內(nèi)進(jìn)行語音的MO或MT時，均由對應(yīng)的MSC服務(wù)器進(jìn)行處理。SGs接口采用SGsAP/SCTP/IP協(xié)議。當(dāng)終端附著在LTE網(wǎng)絡(luò)時，MME和MSC之間通過SGs接口進(jìn)行關(guān)聯(lián)后，用戶在LTE網(wǎng)絡(luò)漫游時進(jìn)行TAU更新時，相應(yīng)的MSC服務(wù)器的LAU也會進(jìn)行更新。當(dāng)用戶在LTE網(wǎng)絡(luò)中發(fā)起MO或接收MT語音呼叫時，MME與MSC服務(wù)器就通過SGs接口互通將用戶回落至2G/3G網(wǎng)絡(luò)中，并由MSC服務(wù)器在CS域完成語音的呼叫處理（見圖1）。

CSFB的實(shí)現(xiàn)還有以下幾點(diǎn)需要了解：

①M(fèi)ME通過SGs接口維系用戶在LTE網(wǎng)絡(luò)的MME和2G/3G網(wǎng)絡(luò)的MSC服務(wù)器上的同時登記，該雙登記過程結(jié)束后，MME就可以通過終端的GUTI提取LAI和VLR局號碼找到并訪問MSC服務(wù)器了。

②用戶在LTE網(wǎng)絡(luò)的去附著將觸發(fā)SGs接口的IMSI去附著流程；SGs接口支持基于3GPP規(guī)范的全部去附著流程。

③當(dāng)終端發(fā)起MO流程（使用CSFB技術(shù)）時，終端向eNodeB發(fā)送帶擴(kuò)展的業(yè)務(wù)請求連接消息，消息中攜帶CSFB標(biāo)示。在MT流程中，當(dāng)終端處于空閑狀態(tài)時，MSC服務(wù)器向MME發(fā)送終端LA位置的尋呼請求，MME把LAI翻譯成TAI—List并在LTE網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行尋呼，終端在接收到尋呼請求時在2G/3G網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送尋呼響應(yīng)消息，建立語音業(yè)務(wù)請求連接。

④MME與SGw和PGw互通進(jìn)行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)承載。當(dāng)終端在LTE網(wǎng)絡(luò)語音通話時有PS業(yè)務(wù)的承載連接，可進(jìn)行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道的切換，當(dāng)不能切換時則對PS承載業(yè)務(wù)掛起，語音呼叫完成后恢復(fù)。

⑤通過MME的控制可以實(shí)現(xiàn)TAU/LAU的同時更新。當(dāng)終端在LTE網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行TAU更新時，MME從TAI提取對應(yīng)的LAI，通過SGs接口通知MSC服務(wù)器進(jìn)行LAU。

⑥CSFB的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、設(shè)備功能和主要流程等內(nèi)容已經(jīng)凍結(jié)，為了減小在回退過程中的時延問題，3GPP又提出了增強(qiáng)CSFB功能，主要的方案有嵌入式LAU、安全增強(qiáng)、基于SR—VCC的CSFB等。

通過以上描述了解到，CSFB技術(shù)是一項基于LTE網(wǎng)絡(luò)，以MME為主在EPC架構(gòu)下由2G/3G網(wǎng)絡(luò)協(xié)助進(jìn)行業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)的技術(shù)。

（2）SR—VCC

在VoLTE向2G/3G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行切換時，如果正在進(jìn)行語音通話，那么很難在2G/3G網(wǎng)絡(luò)中提供確保的語音通道和語音服務(wù)質(zhì)量，在這樣的背景下，3GPP規(guī)范了LTE終端向2G/3G網(wǎng)絡(luò)切換時的兩種情況：一是在目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)PS域帶寬可以滿足要求并支持MMTel切換；二是LTE網(wǎng)絡(luò)到2G/3G網(wǎng)絡(luò)切換時使用目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的CS域進(jìn)行語音承載并保證其連續(xù)性和服務(wù)質(zhì)量，第二種情況的重要實(shí)現(xiàn)技術(shù)既是SR—VCC技術(shù)（見圖2）。

同CSFB技術(shù)一樣，SR—VCC技術(shù)也有一些關(guān)鍵點(diǎn)需要注意：

1）SR—VCC技術(shù)主要解決的是單射頻終端在IMS控制的VoIP語音與CS語音之間的無縫切換，即運(yùn)營商需要擁有已經(jīng)搭建完成可以實(shí)現(xiàn)VoIP的IMS網(wǎng)絡(luò)。

2）SR—VCC技術(shù)需要建立在MME和MSC服務(wù)器之間的基于IP的信令接口—Sv接口，該接口在終端從LTE網(wǎng)絡(luò)向2G/3G網(wǎng)絡(luò)漫游時由終端觸發(fā)PS至CS的語音業(yè)務(wù)切換。

3）目前SR—VCC技術(shù)僅支持LTE向2G/3G的單向切換。

4）為了實(shí)現(xiàn)SR—VCC功能，現(xiàn)網(wǎng)中涉及功能增強(qiáng)的網(wǎng)元有MSC服務(wù)器、MME和HSS，其中各網(wǎng)元需要增強(qiáng)的功能內(nèi)容見表1。

表1 為實(shí)現(xiàn)SR—VCC對現(xiàn)網(wǎng)網(wǎng)元功能增強(qiáng)列表

網(wǎng)元名稱需要增強(qiáng)的功能

MSC服務(wù)器1 處理MME通過Sv接口發(fā)送的語音業(yè)務(wù)切換準(zhǔn)備請求；

2 發(fā)起IMS域到CS域的會話切換；

3 處理CS切換和會話切換流程。

MME1 執(zhí)行PS承載劃分功能，用于區(qū)分VoIP承載和非VoIP承載；

2 Inter—RAT切換過程中實(shí)現(xiàn)非VoIP承載的切換；

3 發(fā)起到目標(biāo)小區(qū)的SR—VCC切換；

4 協(xié)調(diào)PS切換和SR—VCC切換的同步執(zhí)行；

5 執(zhí)行非語言承載掛起及恢復(fù)。

HSS存儲SR—VCC功能的一個特殊參數(shù)STN—SR（Session Transfer Number Single—Radio，會話遷移號碼），在終端附著過程中HSS會通過插入簽約用戶數(shù)據(jù)消息將STN—SR傳給MME，再轉(zhuǎn)發(fā)至MSC服務(wù)器。

綜上所述，SR—VCC技術(shù)是介于VoLTE和CSFB之間的一種語音業(yè)務(wù)承載解決方案，是在LTE演進(jìn)路線上不可缺少的重要環(huán)節(jié)。

（3）網(wǎng)絡(luò)改造及建設(shè)思路

本章節(jié)所介紹的CSFB和SR—VCC兩項技術(shù)是在LTE網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)語音業(yè)務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)，如何在現(xiàn)網(wǎng)中進(jìn)行應(yīng)用則是下一步迫切需要考慮的問題。下面結(jié)合國內(nèi)某運(yùn)營商現(xiàn)網(wǎng)普遍狀況進(jìn)行分析：

1）展開在現(xiàn)網(wǎng)中CSFB功能的應(yīng)用和測試，在現(xiàn)有的軟交換系統(tǒng)中部署SGs網(wǎng)絡(luò)互連接口，以確保實(shí)驗網(wǎng)中所進(jìn)行的必要測試的完成。

2）IMS MMTel是2G/3G移動網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步演進(jìn)并在LTE時代提供多媒體語音業(yè)務(wù)的關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，是保證運(yùn)營商在下一代網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)運(yùn)營中處于主導(dǎo)地位的關(guān)鍵。運(yùn)營商在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的過程中應(yīng)積極加大對IMS網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)力度。

3）在LTE測試和部署的同時，在IMS MMTel成熟的區(qū)域部署SR—VCC的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，來解決LTE覆蓋不連續(xù)的問題。

（4）關(guān)鍵技術(shù)劣勢分析

本章節(jié)在前面主要闡述了CSFB和SR—VCC這兩種目前主流技術(shù)的優(yōu)勢和可操作性，但是它們也并不完美，下面就逐一進(jìn)行分析。

1）CSFB

①CSFB技術(shù)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)并不完善，尤其對呼叫建立的時延要求并未明確標(biāo)明；

②需要對現(xiàn)網(wǎng)MSC服務(wù)器進(jìn)行軟、硬件升級；

③在語音呼叫階段不能使用LTE網(wǎng)絡(luò)，使得數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)必須中斷。

2）SR—VCC

①切換時延過長，僅IMS核心網(wǎng)流程時延就達(dá)到200ms～500ms；

②SR—VCC信令流程過于復(fù)雜，導(dǎo)致LTE向2G/3G網(wǎng)絡(luò)切換成功率較低；

③SR—VCC的IMS域與無線接入網(wǎng)并行流程中無同步機(jī)制；

④2G/3G向LTE網(wǎng)絡(luò)反向切換不能實(shí)現(xiàn)。

4.結(jié)束語

在移動通信網(wǎng)絡(luò)經(jīng)歷巨大變革的時期，隨著“Long Term Evolution”的步伐加快，傳統(tǒng)語音業(yè)務(wù)由CAFB到SR—VCC再到VoLTE的演進(jìn)路線已十分明確并在實(shí)現(xiàn)過程中，我國各運(yùn)營商在這場變革中如何發(fā)揮自我優(yōu)勢、在日益殘酷的市場和技術(shù)競爭中搶占先機(jī)已經(jīng)成為不可避免的課題。

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